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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Kupplungsaktuator
für ein Fahrzeug gemäß der im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus
der Druckschrift
DE
102 48 829 A1 ist eine Stelleinrichtung zum Betätigen
einer Kupplung eines automatisierten Schaltgetriebes eines Fahrzeuges
bekannt. Die Stelleinrichtung umfasst einen Elektromotor und ein
Getriebe, welches die Drehbewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung
umsetzt. Das Getriebe besteht aus einer Kugelumlaufspindel mit einer
Spindelmutter, wobei innerhalb der Kugelumlaufspindel eine Feder
als Kraftspeicher vorgesehen ist. Durch entsprechende Bestromung
des Elektromotors wird die Spindelmutter in Drehung versetzt, wobei
die Drehbewegung mittels der Kugelumlaufspindel in eine translatorische
Ausrückbewegung zum Betätigen einer mit einer
Stellstange der Stelleinrichtung verbundenen Kupplung umgewandelt
wird.
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Bei
bekannten Kupplungsaktuatoren ist es zum Halten einer Ausrückstellung
der Kupplung somit erforderlich, dass der Elektromotor ohne Unterbrechung
bestromt wird. Wenn beispielsweise eine länger andauernde
Kupplungsbetätigung gewünscht wird, ist es demzufolge
unerlässlich, den Elektromotor kontinuierlich zu bestromen.
Somit könnten bei einem unerwarteten Ausfall des Elektromotors
sicherheitskritische Situationen auftreten, da die Ausrückstellung
der Kupplung nicht mehr gehalten werden kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen
Kupplungsaktuator der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen,
bei dem die Betriebsweise optimiert wird, um sicherheitskritische
Situationen zu vermeiden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.
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Demzufolge
wird ein elektromechanischer Kupplungsaktuator beispielsweise für
ein automatisiertes Schaltgetriebe eines Fahrzeuges mit einem Elektromotor
als Antrieb und einem mit einem Kraftspeicher zusammenwirkenden
Spindeltrieb oder dergleichen vorgeschlagen, der die Drehbewegung
des Elektromotors in eine Axialbewegung zum Betätigen der
Kupplung umwandelt. Erfindungsgemäß kann zumindest
eine Feststelleinrichtung oder dergleichen zum Blockieren des Spindeltriebes
vorgesehen werden.
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Auf
diese Weise kann beim erfindungsgemäßen Kupplungsaktuator
mit Hilfe der Feststelleinrichtung eine Ausrückstellung
der Kupplung bei vorbestimmten Betriebszuständen gehalten
werden. Beispielsweise kann die gewünschte Ausrückposition der
Kupplung durch den Kupplungsaktuator eingestellt werden und dann
durch das Aktivieren der Feststelleinrichtung gehalten werden. Somit
ist es bei dem erfindungsgemäßen Kupplungsaktuator
nicht erforderlich, den Elektromotor zum Halten dieser Kupplungsstellung
ständig zu bestromen, wie es bei bekannten Kupplungsaktuatoren
notwendig ist. Neben der Vermeidung von sicherheitskritischen Situationen
kann zudem der Stromverbrauch des erfindungsgemäßen
Kupplungsaktuators dadurch reduziert werden.
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Durch
die Verwendung einer Feststelleinrichtung bei dem erfindungsgemäßen
Kupplungsaktuator kann somit ein gewünschtes Sicherheitskonzept realisiert
werden. Bei einem Notfall, z. B. beim Ausfall des Bordnetzes des
Fahrzeuges, kann bei dem erfindungsgemäßen Kupplungsaktuator
durch eine entsprechende Ansteuerung der Feststelleinrichtung die Kupplungsbetätigung
auch in dieser Situation gewährleistet werden.
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Im
Rahmen einer möglichen Ausführungsvariante der
Erfindung kann deshalb vorgesehen sein, dass eine Ansteuerung der
Feststelleinrichtung in Abhängigkeit der Ansteuerung des
Elektromotors erfolgt. Vorzugsweise können die Ansteuerungen
miteinander gekoppelt sein. Somit kann die Betriebsweise des Kupplungsaktuators
weiter optimiert werden. Beispielsweise kann die Ansteuerung der
Feststelleinrichtung beim Ausfall oder auch beim bewussten Unterbrechen
der Bestromung des Elektromotors automatisch aktiviert werden, um
eine weitere Bewegung des Spindeltriebes zu verhindern. Aufgrund
der Kopplung der beiden Ansteuerungen können somit gewünschte
Betriebsabläufe realisiert werden. Es ist auch denkbar,
dass eine gemeinsame Ansteuerung für die Feststelleinrichtung
und den Elektromotor verwendet wird.
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Vorzugsweise
kann als Feststelleinrichtung z. B. eine Federdruckbremse oder dergleichen
verwendet werden. Es sind auch andere Feststell- bzw. Bremseinrichtungen
einsetzbar, die ein gewünschtes Blockieren des Spindeltriebes
realisieren. Die Verwendung einer Federdruckbremse unabhängig
von einer gewählten Ausführungsart ergibt den
Vorteil, dass eine schnelle und verschleißarme Blockierung des
Spindeltriebes ermöglicht wird. Beispielsweise kann die
Federdruckbremse koaxial an dem dem Elektromotor zugewandten Ende
der Spindel des Spindeltriebes angeordnet sein. Es sind aber auch andere
Anordnungsmöglichkeiten denkbar, die eine sichere Betriebsweise
gewährleisten.
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Im
Rahmen einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung
kann vorgesehen sein, dass bei dem erfindungsgemäßen
Kupplungsaktuator der Elektromotor axial mit dem Spindeltrieb verbunden ist.
Auf diese Weise ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise in
einer gemeinsamen axialen Ebene. Die erforderlichen Abmessungen
hinsichtlich des Durchmessers sind bei dieser Anordnungsform besonders
gering. Diese bauraumsparende Anordnungsvariante des Spindeltriebes
und des dazugehörigen Antriebes kann auch unab hängig
von der Verwendung einer Feststelleinrichtung bei dem erfindungsgemäßen
Kupplungsaktuator vorgesehen werden.
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Die
axiale Verbindung zwischen dem Elektromotor und dem Spindeltrieb
kann z. B. dadurch erreicht werden, dass die Abtriebswelle des Elektromotors
direkt mit der Spindel des Spindeltriebes verbunden ist. Auf diese
Weise kann ein sonst erforderliches Getriebe zwischen dem Elektromotor
und dem Spindeltrieb eingespart werden. Die Spindel kann beispielsweise über
ein Festlager drehbar in dem Gehäuse des Kupplungsaktuators
gelagert sein, sodass eine drehfest in dem Gehäuse gehaltene
Spindelmutter durch die Drehung der Spindel axial bewegt wird, um
eine Kupplungsbetätigung zu ermöglichen. Folglich
wird bei dem erfindungsgemäßen Kupplungsaktuator
die axiale Bewegung durch die Spindelmutter ermöglicht.
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Im
Rahmen einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann
vorgesehen sein, dass die Spindelmutter mit einem Innenrohr oder
dergleichen verdrehfest in dem Gehäuse gehalten ist. Das
Innenrohr kann beispielsweise über ein Gleitlager oder
dergleichen axial verschiebbar gelagert sein.
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Um
eine Übertragung der Axialbewegung von der Spindelmutter über
das Innenrohr auf die Ausrückstange zu erreichen, kann
die Ausrückstange gemäß einer nächsten
Weiterbildung einen Mitnahmebolzen oder dergleichen aufweisen, der
mit dem Innenrohr in Wirkverbindung bringbar ist. Diese Wirkverbindung
kann beispielsweise durch eine mit einer vorbestimmten Länge
versehene Nut an dem Innenrohr realisiert werden, in die der Mitnahmebolzen
eingreift. Auf diese Weise kann das Innenrohr zunächst
axial bewegt werden, ohne dass eine Betätigung der Kupplung
erfolgt. Erst wenn der Mitnahmebolzen das Ende der Nut erreicht,
wird eine Übertragung der Axialbewegung des Innenrohres
auf die Ausrückstange ermöglicht. Somit kann durch
die gewählte Länge der Nut ein vorbestimmter Kompensationsweg
oder auch Leerweg realisiert werden.
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Zur
Unterstützung der Axialbewegung kann eine Druckfeder oder
dergleichen z. B. zwischen dem Gehäuse und dem Innenrohr
vorgesehen sein. Demzufolge kann der Verstellweg durch den Spindeltrieb vorgegeben
und die Verstellung durch die Druckfeder sichergestellt bzw. unterstützt
werden. Des Weiteren kann zumindest eine Kompensationsfeder vorgesehen
sein. Mit der Kompensationsfeder wird eine Vorspannkraft über
die Ausrückstange auf das Ausrücklager bzw. auf
die Ausrückgabel der Kupplung bewirkt.
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Eine
nächste Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass
die Ausrückstange über ein Kugelgelenk oder dergleichen
mit einem Stößel zum Betätigen des Ausrücklagers
bzw. der Ausrückgabel gekoppelt ist. Somit wird die für
die Betätigung der Ausrückgabel benötigte
Flexibilität realisiert.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Die einzige Figur der Erfindung zeigt eine längsgeschnittene
Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante eines
erfindungsgemäßen Kupplungsaktuators 1 für
ein nicht weiter dargestelltes Fahrzeug z. B. mit einem automatisierten
Schaltgetriebe.
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Der
Kupplungsaktuator 1 weist ein etwa rohrförmiges
Gehäuse 2 auf, welches einen Spindeltrieb 3 aufnimmt.
An einem Ende des Gehäuses 2 ist ein Elektromotor 4 axial
angeflanscht. Der Elektromotor 4 weist einen Stecker 5 zur
Stromversorgung und zur Ansteuerung auf. Der Spindeltrieb 3 umfasst
eine Spindel 6, die mit der Abtriebswelle des Elektromotors 4 verbunden
ist. Die Spindel 6 ist über ein Festlager 7 drehbar
in dem Gehäuse 2 gelagert. Ferner ist die Spindel 6 mit
einer Spindelmutter 8 ausgerüstet. Die Spindelmutter 8 ist
mit einem Innenrohr 9 derart verbunden, dass sowohl das
Innenrohr 9 als auch die Spindelmutter 8 verdrehgesichert
in dem Gehäuse 2 jedoch axial verschiebbar gelagert
sind. Dazu ist das Innenrohr 9 über Gleitlager 10 axial
verschiebbar in dem Gehäuse 2 angeordnet. Somit
wird die Drehbewegung des Elektromotors 4 über
die Spindel 6 in eine Axialbewegung der Spindelmutter 8 bzw.
des Innenrohres 9 umgewandelt.
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Das
Innenrohr 9 steht wiederum mit einer Ausrückstange 11 in
Wirkverbindung, die über ein Kugelgelenk 12 mit
einem Stößel 13 zum Betätigen einer
Ausrückgabel oder eines Ausrücklagers, welche
nicht weiter dargestellt sind, gekoppelt ist. Die Ausrückstange 11 mit
dem Kugelgelenk 12 und dem daran befestigten Stößel 13 erstreckt
sich in axialer Richtung aus dem dem Elektromotor 4 abgewandten Ende
des Gehäuses 2 des erfindungsgemäßen Kupplungsaktuators 1.
An diesem Ende des Gehäuses 2 ist ein Verschlussdeckel 14 vorgesehen,
an dem ein Faltenbalg 19 angeordnet ist, der das Kugelgelenk 12 und
teilweise den Stößel 13 sowie die Ausrückstange 11 umschließt.
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An
der Ausrückstange 11 ist ein Mitnahmebolzen 15 vorgesehen,
der in eine nicht weiter dargestellte Nut des Innenrohres 9 eingreift
bzw. sich in diese erstreckt. Die Länge der Nut ist derart
bemessen, dass der Mitnahmebolzen 15 mit der Ausrückstange 11 erst
nach der Überwindung eines vorbestimmten Kompensationsweges
in axialer Richtung bewegt wird.
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Zum
Vorspannen des Ausrücklagers der Kupplung ist ferner eine
Kompensationsfeder 16 in einer Ausnehmung der Ausrückstange 11 vorgesehen.
Ein Ende der Kompensationsfeder 16 wirkt somit auf die
Ausrückstange 11, wobei das andere Ende der Kompensationsfeder 16 an
dem zugewandten Ende der Spindel 6 anliegt. Ferner ist
zwischen dem Innenrohr 9 und einem Absatz im Gehäuse 2 eine
Druckfeder 17 vorgesehen, die die Axialbewegung des erfindungsgemäßen
Kupplungsaktuators 1 unterstützen soll.
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Als
Feststelleinrichtung des erfindungsgemäßen Kupplungsaktuators 1 ist
im Bereich des dem Elektromotor 4 zugewandten Endes der
Spindel 6 eine Federdruckbremse 18 vorgesehen.
Die Federdruckbremse 18 kann bei entsprechender Ansteuerung
die Drehung der Spindel 6 blockieren bzw. abbrem sen, wobei
die Federdruckbremse 18 dazu eine betätigbare
Lamellenanordnung umfasst. Auf den Aufbau der Federdruckbremse 18 wird
jedoch nicht weiter eingegangen, da jede beliebige Federdruckbremse 18 eingesetzt
werden kann. Durch die Verwendung der Federdruckbremse können
bestimmte Kupplungsausrückzustände bzw. Betriebszustände des
Kupplungsaktuators 1 auch ohne Bestromung des Elektromotors 4 gehalten
werden.
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Der
erfindungsgemäße Kupplungsaktuator 1 funktioniert
folgendermaßen: Wenn der Elektromotor 4 bestromt
wird, wird die mit der Abtriebswelle des Elektromotors 4 gekoppelte
Spindel 6 in Drehung versetzt, so dass sich die verdrehgesicherte
Spindelmutter 8 mit dem Innenrohr 9 in der Zeichnungsebene
axial nach links bewegt. Diese Bewegung wird durch die Druckfeder 17 unterstützt.
Sobald der Mitnahmebolzen 15 das Ende der in dem Innenrohr 9 vorgesehenen
Nut erreicht, wird die axiale Bewegung des Innenrohres auch auf
die Ausrückstange 11 übertragen, so dass
sich der über das Kugelgelenk 12 mit der Ausrückstange 11 verbundene
Stößel 13 ebenfalls in axialer Richtung
nach links bewegt.
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Demzufolge
kann eine mit dem Stößel 13 gekoppelte
Kupplung betätigt werden. Wenn eine bestimmte axiale Position
des Spindeltriebs 3 erreicht worden ist, kann durch entsprechende
Ansteuerung der Federdruckbremse 18 diese Ausrückposition
gehalten werden, so dass der Elektromotor 4 nicht mehr bestromt
werden muss. Darüber hinaus kann durch entsprechende Ansteuerung
der Federdruckbremse 18 ein Notfallkonzept realisiert werden,
bei dem z. B. beim Ausfall des Elektromotors eine bestimmte Kupplungsposition
gehalten werden kann. Des Weiteren bietet der Einsatz eines Spindeltriebs 3 bei
dem erfindungsgemäßen Kupplungsaktuator 1 den
Vorteil, dass die Ausrückkraft nicht begrenzt wird und
zudem eine hohe Lebensdauer bei dem erfindungsgemäßen
Kupplungsaktuator 1 realisiert wird.
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- 1
- Kupplungsaktuator
- 2
- Gehäuse
- 3
- Spindeltrieb
- 4
- Elektromotor
- 5
- Stecker
- 6
- Spindel
- 7
- Festlager
- 8
- Spindelmutter
- 9
- Innenrohr
- 10
- Gleitlager
- 11
- Ausrückstange
- 12
- Kugelgelenk
- 13
- Stößel
- 14
- Verschlussdeckel
- 15
- Mitnahmebolzen
- 16
- Kompensationsfeder
- 17
- Druckfeder
- 18
- Federdruckbremse
- 19
- Faltenbalg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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